基于FPGA的DSB通信系统设计实例研究
成绩
西安邮电大学
《基于FPGA的数字通信系统设计实例研究与实践》
期末考试设计报告
设计名称：基于FPGA的DSB通信系统设计实例研究
院系：通信与信息工程学院
专业班级：通信工程1113班
学生姓名：寇盼楠
学号：03111198 （班内序号）13
指导教师：和煦
报告日期：2014年6月20日
实验成绩评定一览表
系统设计与模块布局
系统设计合理，模块布局合理，线迹美观清楚
系统设计合理，模块布局较合理，线迹清楚
系统设计、模块布局较合理，线迹较清楚
系统设计基本合理，模块布局较合理，线迹较清楚系统设计不够合理，模块布局较合理，线迹较清楚
参数设置与仿真波形
参数设置合理，仿真波形丰富、准确
参数设置合理，仿真波形较丰富、较准确参数设置较合理，仿真波形较丰富
参数设置较合理，仿真波形无缺失、无重大错误参数设置较合理，仿真波形有缺失
参数设置不够合理，仿真波形有缺失或重大错误
实验分析
实验分析全面、准确、表达流畅
实验分析较全面、基本无误、表述清楚实验分析基本正确、个别地方表述不清实验分析无原则性错误、表述不清楚
实验分析有缺失或存在严重错误
实验成绩
一、DSB 通信系统原理
1.1 DSB 调制理论
假定调制信号()m t 的平均值为0，与载波相乘，即可形成DSB 信号，其时域表
达式为
t t m s c D SB ωcos )(= （1.1-1）
式中，()m t 的平均值为0。DSB 的频谱为
}]{)([2
1
c c DSB M M S ωωωω-++= (1.1-2)
除不再含有载频分量离散谱外，DSB 信号的频谱与AM 信号的完全相同，仍由上下对称的两个边带组成。故DSB 信号是不带载波的双边带信号，它的带宽与AM 信号相同，也为基带信号带宽的两倍，DSB 信号的波形和频谱分别如图1.1
图1.1DSB 信号的波形与频谱
1.2 DSB 解调理论
因为不存在载波分量，DSB 信号的调制效率是100%，即全部功率都用于信息传输。但由于DSB 信号的包络不再与m(t)成正比，故不能进行包络检波，需采用相干解调。
图1.2 DSB 信号相干解调模型
图1.2中SL(t)为本地载波，也叫相干载波，必须与发送端的载波完成同步。即频率相同时域分析如下：
t 2cos )(2
1
)(21t m(t)cos (t)S (t)S (t)c c 2
L DSB p ωωt m t m S +=
=?= （1.2-1） Sp(t)经过低通滤波器LPF ，滤掉高频成份，)(t m o 为
)(2
1)(t m t m o = (1.2-2) 频域分析如下：
[])(S )-(2
1
)(c DSB c DSB p ωωωωω++=
S S (1.2-2) )(2
1
)H()(S )(p o ωωωωM M =?=∴ (1.2-3)
式中的H(ω)为LPF 的系统函数。频域分析的过程如图1.3所示。
图1.3DSB 信号相干解调过程示意图
二、DSB 通信系统的Simulink 仿真与分析
要求以MATLAB 以及Simulink 模块作为仿真环境模拟DSB 系统的调制与
解调，以低频正弦信号作为基带信号，高频正弦信号作为载波信号，编写M 文件程序并运行得到调制与解调的波形，在Simulink 中搭建DSB 系统模型并通过示波器模块观察波形，然后使调幅波通过信道之后完成解调，比较解调波形与原基带信号的波形，并作分析。
因为DSB 信号包络不再与调制信号的变化规律一致，因而不能采用简单的包络检波来恢复基带信号，而必须采用相干解调。相干解调也称同步检波，是指用载波乘以一路与载波相干（同频同相）的参考信号，再通过低通滤波器即可输出解调信号。设计模型如图2.1所示：
图2.1
其中系统参数如下：
Sine1: amp=1 freq=50HZ ,Sine2: amp=1 freq=60HZ 两者合成原始波；Sine3: amp=1 freq=500HZ 载波
图2.2.1带通滤波器参数图2.2.2低通滤波器参数
图2.3simulink仿真结果
由基带信号、带有噪声的DSB信号和解调信号的波形图可看出，解调波形较接近基带信号波形，表明解调模块特性较好，能够从带有高斯白噪声的DSB 信号中解调出需要的原始波形
三、DSB通信系统的System Generator FPGA设计
1、系统仿真：
根据以上的simulink仿真，搭建System Generator FPGA，基本原理类似，用基波与一个载波相乘再加噪声，过带通再乘载波解调过低通滤波器，但System Generator是面向硬件设计的工具，因此数据类型只能是定点的，而Simulink 中的基本数据类型是双精度浮点型，因此Xilinx模块和Simulink模块连接时需要通过边界模块来转换。“Gateway In”模块把浮点数转换成定点数，“Gateway Out”把定点数转换成浮点数。此外，对于Simulink中的连续时间信号，必须经过“Gateway In”模块的采样转换才能使用。再用FPGA实现时，需要加入D/A 即数模转换部分。系统搭建完成且运行正确后，修改System Generator的参数然后点Generator产生bit文件，将其烧录进试验箱中，通过D/A转换的信号最后在示波器显示出波形。
图3.1 System Generator FPGA系统仿真
2、参数配置
(1) 信号源与载波：基波：50HZ,;载波：500HZ
(2) ROM
在改ROM参数时，initial value vector里面所要填的字母要和MATLAB程序里面信号的字母对应，如B 对应程序产生的50HZ信源c
带通滤波器
FS:6250 FSTOP1:400 FPASS1:450
FPASS2:550 FSTOP:600
低通滤波器
FS:6250 FSTOP:150 FPASS:50
实验中运行点数为8000000
（2）DA模块
DA时序设计参数：DA芯片与FPGA之间进行通信的为SCLK、/SYNC、DIN三个信号。根据DA转换的时序以及输入寄存器的内容格式，将经过处理过后的8位并行数据进行组合：高4位补0+8位并行数据+低20位补0，随后进行并串转换。
图3.2.1
（3）设定系统参数。双击“System Generator”模块，会出现系统设定对话框：
图3.3.1 图3.3.2
四、DSB 通信系统的FPGA 实现
设置好参数，且测试运行完全无误，单击System Generator 中的“Generate”按键，系统可自动将设计转化成HDL 代码，生成bit 文件，将代码烧入电路箱，调试结果如下：
图4.1
图4.2
实验结果分析：
在Simulink仿真时用60HZ与50HZ加和后的信号作原始信号，在System Generator FPGA仿真时，为了便于调试与观察，都用了50HZ的正弦波作为原始信号，由于在用10000000点采样时，系统运行过慢，故生成bit文件时，采用的点数是400000.
在图4.2中，电脑显示的第一路波形为载波，其频率为500HZ，第二路为加噪乘载波后的已调信号，第三路为过带通后的混频信号，第四路为解调出的信号，第五路为原始信号，从图中可以清楚地看出，双边带信号时域波形的包络不同于调制信号的变化规律。在调制信号零点前处已调波的相位发生了180°的突变。在调制信号的正半周期内，已调波的高频相位与载波相同，在调制信号的负半周期内，已调波的高频相位与载波相反。并且双边带的带宽为基带信号的两倍。总的来说，用相干解调效果良好，解调信号包络基本和原始信号相同。
示波器显示的第一路波形为载波，第二路为一条信号，由于客观原因与自身能力的问题，没有调试出混频信号与解调信号，但得出的两路信号基本与仿真结
果及理论结果相同。